阅读说明：本技术 一种基于多标准丝的悬索桥主缆索股标记对位架设方法 (Multi-standard-wire-based suspension bridge main cable strand mark alignment erection method ) 是由 唐茂林 徐国挺 李闯 谭沸良 唐中波 谭光友 陈小雨 董江华 张兴标 王汉玲 于 2019-09-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于多标准丝的悬索桥主缆索股标记对位架设方法；本发明主要解决目前垂度法架设主缆索股时,需要在较平稳的气候条件下,多次测量调整垂度才能满足线形要求,导致施工周期长、难度大的问题。使用本发明提出的索股架设方法后,无需再进行垂度调整,无视气候环境的影响,达到提高主缆架设质量,节省工期的目的。采用本发明制造的主缆索股,其制造精度大大提高,在主缆架设时将基准索股放入主缆鞍座后,其标记点与主缆IP点重合,无需进行主缆垂度的调整。为悬索桥主缆的架设节省了工期,特别是在气候条件恶劣的环境下,能够节省数十天至数月的架设工期,简化了架设方法。(The invention discloses a multi-standard-wire-based alignment erection method for marking main cable strands of a suspension bridge; the invention mainly solves the problems that the line shape requirement can be met only by measuring and adjusting the sag for multiple times under a relatively stable weather condition when a main cable strand is erected by a sag method at present, so that the construction period is long and the difficulty is high. After the cable strand erecting method provided by the invention is used, the sag adjustment is not needed, the influence of weather environment is avoided, and the aims of improving the main cable erecting quality and saving the construction period are fulfilled. The main cable strand manufactured by the method has greatly improved manufacturing precision, and the mark point of the main cable strand is superposed with the IP point of the main cable after the reference cable strand is placed in the saddle of the main cable during the erection of the main cable, so that the sag of the main cable is not required to be adjusted. The construction period is saved for the erection of the main cable of the suspension bridge, particularly the erection period from tens of days to months can be saved under the environment with severe weather conditions, and the erection method is simplified.)

一种基于多标准丝的悬索桥主缆索股标记对位架设方法

技术领域

本发明涉及悬索桥主缆索股相关领域，具体来讲是一种基于多标准丝的悬索桥主缆索股标记对位架设方法。

背景技术

主缆是悬索桥最重要的主受力构件，成桥后主缆线形几乎不能调整，因此预制平行钢丝主缆索股架设线形是影响主缆质量的关键。

主缆索股架设调整的目的，就是要将各跨的主缆的长度保持或者无限接近理论值。从理论上来说，如果主缆索股各跨长度计算非常准确，制造精度又足够，只需将主缆各跨索股放置于各个鞍座中，索股上的跨度标记点对准鞍座上的跨度标记点，则主缆线形自然达到理论线形，无需再进行主缆线形的调整。

在实际工程中，由于主缆预制索股很长，在厂内很难找一个场地完全展开进行精确地测量，索股制造长度虽然在厂内进行了复杂的控制，但仍然存在较大的误差。因此需要将其在架设现场展开后，多次测量索股实际展示出来的线形(垂度)，再根据实测线形去反算该跨的实际长度，与该跨所需理论长度对比后，将多余的索股长度调出去或者短了的索股长度从邻跨调进来，各跨索股无法完全并行架设，中跨误差调到边跨，边跨调到锚跨，最终所有的索股长度误差被赶往锚跨，而锚跨具有长度调节拉杆，最终通过锚跨张拉及锚跨拉杆工作长度的调整把误差消掉，这就是预制平行钢丝主缆索股的垂度法架设，当然锚跨是张力法架设。其中基准索股是绝对垂度法，一般索股是相对垂度法。

垂度法架索无疑是非常巧妙的，把厂内制造误差在现场通过垂度展示出来，由于垂度与长度存在着一一对应关系，通过调整垂度可以达到调整长度的目的，但是由于需要进行精确的垂度测量，这一工序对气象要求较为苛刻，需要在温度波动不大，无降雨，风力较小的气象条件下才能进行。由于架设测量是在野外现场，环境条件无法控制，风容易导致索股位移和振动，雨天又无法工作或者索股上有雨水会影响索股的线形计算，测量仪器又存在着误差，因此导致这一方法的实施难度很大，尤其是跨江、跨海和深切峡谷悬索桥，架设环境更是恶劣，温度和风力变化较大，往往难以达到垂度调整的气象要求，极端情况下会使得索架设施工延误数月，严重影响桥梁施工进度的安排，且多变的气象条件对主缆的架设精度和质量也将造成较大影响。

因此，提高厂内制造精度仍然是必要的。为了提高主缆架设精度和质量，克服气候环境对主缆架设的影响，达到主缆索股无需调索的目的，本发明提出一种新型悬索桥主缆索股架设方法——多标准丝索股的标记法架设。在精确计算主缆制造长度的基础上，通过概率统计与分析，选择多根标准丝标记索股的长度，降低主缆索股的标记误差，在现场只需将主缆各跨索股放置于各个鞍座中，索股上的跨度标记点对准鞍座上的跨度标记点，无需垂度调整，达到索股架设不受气候影响的目的，施工周期大大缩短。

发明内容

因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种基于多标准丝的悬索桥主缆索股标记对位架设方法；本发明主要解决目前垂度法架设主缆索股时，需要在较平稳的气候条件下，多次测量调整垂度才能满足线形要求，导致施工周期长、难度大的问题。使用本发明提出的索股架设方法后，无需再进行垂度调整，无视气候环境的影响，达到提高主缆架设质量，节省工期的目的。

本发明是这样实现的，构造一种基于多标准丝的悬索桥主缆索股标记对位架设方法，其特征在于：

实施步骤如下；

(1)索股层距的确定：为了能够明确判断上层索股不压下层索股，也使已架索股在紧缆前能够通风散热，索股各层之间需留一些间隙，跨中截面最大层距为Δ，则索股层距d＝D+Δ，其中D为设计层距；

(2)精确计算索股下料长度：通过有限元建模计算，得到主缆索股无应力长度L，计算时应考虑索股各层之间预留间隙Δ的影响；每根索股的长度应分段给出，分段点为各索鞍IP位置、各跨跨中点、锚固点；

(3)标准丝制造：将检验合格的钢丝经牵引至标准丝生产线，利用室内基线分段法或者其它精度更高的方法将钢丝进行标记制造多根标准丝；标准丝的制造精度应为L/20000以上，每根标准丝应进行精确标记；

(4)标准丝数量的选择和布置：根据索股长度与线形的一一对应关系、前述多标准丝索股的误差公式以及规范对主缆索股架设精度的要求确定出满足要求的标准丝根数；为便于测量，将选出的多根标准丝排布于基准索股的顶部或侧面位置；

(5)索股的长度标记：牵出索股的所有钢丝，对多根标准丝进行位置排列，并保证各根标准丝的首个标记点对齐，对齐误差小于2mm，依据选中的多根标准丝长度标定索股的起始点和终止点，确定主缆索股精确下料长度；

为了架设时进行标记点与索鞍IP点的对位，需要根据标准丝的标记点位置确定索股的标记点位置。标记时选择1根标准丝的标记点位置作为参考，测量各根标准丝各个标记点位置与参考位置之间的距离；

为第i根标准丝到参考标准丝标记点位置的距离，则索股标记点的标记位置为

其中

为各标准丝标记点到参考标准丝标记点之间距离的平均值(i为所选的标准丝数量)；得到各标记点位置均值后，在均值位置处进行基准索股的标记；

(6)鞍座厂内制造标记：为了架设时进行标准丝标记点与索鞍IP点的对位，厂内加工主索鞍时需要在设计位置对主索鞍IP点进行标记；

(7)索鞍安装：塔顶门架施工完成后，将主索鞍各个构件分次吊装至桥塔顶部并在设计位置进行安装；

(8)索股长度变化值：由于桥塔施工过程中存在的桥塔施工偏差，索鞍位置偏差，以及索股的实际的弹性模量和膨胀系数与设计的偏差，使得实际的鞍座IP点与理论值存在定的偏差，因此在基准索按标记点架设前需通过锚塔联测，以得到索股长度变化值；

(9)鞍座索股对位点修正：上述误差因素引起的索股长度变化对于每根索股的影响大致相同，因此可以将索股长度变化转为主索鞍标记点修正，对索鞍处索股对位点进行修正并进行标记；

(10)索股对位架设：索鞍处索股对位点进行修正之后，依据修正过的位置进行基准索股的架设，将基准索股的标记点与修正的索股对位点对位架设。

本发明具有如下优点：本发明在此提供一种基于多标准丝的悬索桥主缆索股标记对位架设方法；本发明主要解决目前垂度法架设主缆索股时，需要在较平稳的气候条件下，多次测量调整垂度才能满足线形要求，导致施工周期长、难度大的问题。使用本发明提出的索股架设方法后，无需再进行垂度调整，无视气候环境的影响，达到提高主缆架设质量，节省工期的目的。采用本发明制造的主缆索股，其制造精度大大提高，在主缆架设时将基准索股放入主缆鞍座后，其标记点与主缆IP点重合，无需进行主缆垂度的调整。为悬索桥主缆的架设节省了工期，特别是在气候条件恶劣的环境下，能够节省数十天至数月的架设工期，简化了架设方法。

附图说明

图1是本发明工艺实施流程示意图；

图2是索股层距示意图；

图3是三跨悬索桥标记点位置示意图；

图4是标准丝标记方法示意图；

图5是基准索中标准丝排列示意图；

图6是多标准丝索股标记点标记位置示意图；

图7塔顶鞍座厂内标记图；

图8是塔顶鞍座对位点位置修正示意图；

图9是索股对位架设示意图；

图10是实例中基准索标记位置与塔顶鞍座标记位置对比示意图。

具体实施方式

下面将结合附图1-图10对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明通过改进在此提供一种基于多标准丝的悬索桥主缆索股标记对位架设方法；本发明原理介绍：目前对于主缆索股的制造，采用单根标准丝标定长度，标准丝上的长度标记点即是索股上的长度标记点。本发明提出索股制造时采用多标准丝来标定一根索股的长度，标准丝和主缆索股工艺制造工艺与现有工艺一致，但索股成股后，索股长度标记点取各股位置的平均值，如此提高索股长度的精度。当精度提高到一定程度后，索股架设就可以采用与索鞍上的标记点对位安装而不必进行复杂的垂度调整法架设。

标准丝的制造，一般采用基线测长法，受基线长度和钢丝自重垂度等影响，标准丝虽然精度高，但也存在着误差。将标准丝编入索股，受钢丝转盘力的大小和均匀性的影响，索股长度与前期标准丝制作时的测量长度也并不完全相等。主缆索股制造和测量是一个复杂的制造工序，制造长度误差受多因素影响，例如温度变化、钢丝弹性模量、砝码拉力、钢丝直径离散、基线滚轮安装精度、基线测量误差等诸多因素。排除加工异常情况出现的误差，可认为索股的制造长度误差服从正态分布规律，其正态分布函数如式(1)：

y-为索股制造误差的概率密度；

x-为索股误差随机变量；

μ-为索股误差随机变量的算术平均值；

σ-为索股误差随机变量的标准差；

正态分布曲线反映了实际尺寸大部分集中在平均值尺寸的周围，标准差反映了曲线的宽度，标准差值越小，曲线越窄，即尺寸分散越小，因此将值减小，能提高索股的制造精度。

设采用单标准丝进行索股制造时，标准丝长度误差均值和标准差分别为，。则以此钢丝为标准制造的主缆索股其制精度服从正态分布函数f(μ₁,σ₁)

则采用双标准丝制造时，令第2根标准丝的误差均值和标准差分别为，则采用双标准丝制造的索股其制造精度服从式(2)：

设,，则双标准丝制造的索股精度标准差为式(3)：

同理，可得采用多标准丝时，索股制造误差的标准差为式(4)

由于标准丝的制造均采用同样的工序和测量台，因此其误差分布的差异非常小，取极限状况时认为每一根索股的制造误差分布相同，即，则多根标准丝的制造误差标准差为式(5)：

上式表明：随着标准丝根数的增加，索股的精度成倍增加。为了量化多标准丝方法对索股制造误差的降低程度，需要对索股误差概率函数进行积分，得到误差出现的概率，对正态分布函数进行积分有：

式中：

δ为多标准丝索股制造长度的随机误差δ＝zσ，

σ为多标准丝索股制造长度的随机误差标准差，

φ(Z)为则随机误差的正态概率积分；

则随机误差在内出现的概率为2φ(Z)，超出的概率为1-2φ(Z)。当给定P值也就是给定置信概率，则在置信概率下误差的分布区间[-δ,+δ]就为置信区间，可见置信区间越小，误差范围越小，则制造精度越高。采用多标准丝制造索股时的置信区间如下表所示：

表1多标准丝制造索股时的置信区间表

由表1可见，在相同的置信度条件下，多标准丝法降低了索股的标准差，从而使得置信区间减小，提高制造精度。但是由统计原理可知，当标准丝数大于10后，精度提高已经较缓慢，且当Z提高时，虽然置信概率也随之提高，但是为了达到索股架设精度所需要的标准丝数量也将大幅提升，索股的制造成本将大大提高。因此，实际主缆架设时要选用合适的标准丝根数。

发明实施步骤如下：工艺流程如图1；本发明实施步骤如下；

(1)索股层距的确定：实际架设的断面不可能像设计图那样紧凑。为了能够明确判断上层索股不压下层索股，也使已架索股在紧缆前能够通风散热，索股各层之间需留一些间隙，跨中截面最大层距为Δ，则索股层距d＝D+Δ，其中D为设计层距，如图2所示(图2索股层距示意图)；

(2)精确计算索股下料长度：通过有限元建模计算，得到主缆索股无应力长度L，计算时应考虑索股各层之间预留间隙Δ的影响。每根索股的长度应分段给出，分段点为各索鞍IP位置、各跨跨中点、锚固点。以三跨主缆悬索桥为例，可分为8段9个标记点进行标记，标志位置如(图3三跨悬索桥标记点位置示意图)所示分别是：

m0—左岸锚头浇注时锚杯口与索股相对位置点；

ml—左岸散索鞍竖弯切点(切断面)；

m2—左岸跨跨中标记点；

m3—左岸主索鞍标记点；

m4—中跨跨中标记点；

m5—右岸主索鞍标记点；

m6—右岸跨跨中标记点；

m7—右岸散索鞍竖弯切点(切断面)；

m8—右岸锚头浇注时锚头与钢丝的相对位置标记点。

桥梁鞍座在制造时，应对上诉索股在鞍座处的标记位置进行索鞍标记，以便在进行主缆架设时进行索股的标记点对位架设。

(3)标准丝制造：将检验合格的钢丝经牵引至标准丝生产线，利用室内基线分段法或者其它精度更高的方法将钢丝进行标记制造多根标准丝。标准丝的制造精度应为L/20000以上，每根标准丝应进行精确标记。标记点制作如下：在标记处沿钢丝长度方向，喷涂红和蓝两种油漆，各60mm宽，红蓝分界线为标准丝标记控制截面(如:图4标准丝标记方法示意图)：

(4)标准丝数量的选择和布置：根据索股长度与线形的一一对应关系、前述多标准丝索股的误差公式以及规范对主缆索股架设精度的要求确定出满足要求的标准丝根数。为便于测量，将选出的多根标准丝排布于基准索股的顶部或侧面位置，如(图5基准索中标准丝排列示意图)所示。

(5)索股的长度标记：牵出索股的所有钢丝，按附图5对多根标准丝进行位置排列，并保证各根标准丝的首个标记点对齐，对齐误差小于2mm，依据选中的多根标准丝长度标定索股的起始点和终止点，确定主缆索股精确下料长度。为了架设时进行标记点与索鞍IP点的对位，需要根据标准丝的标记点位置确定索股的标记点位置。标记时选择1根标准丝的标记点位置作为参考，测量各根标准丝各个标记点位置与参考位置之间的距离，如图6所示，附图6多标准丝索股标记点标记位置示意图。

图中相间处为各根标准丝的标记点位置，为第i根标准丝到参考标准丝标记点位置的距离，则索股标记点的标记位置为

其中

为各标准丝标记点到参考标准丝标记点之间距离的平均值(i为所选的标准丝数量)。得到各标记点位置均值后，在均值位置处进行基准索股的标记。

(6)鞍座厂内制造标记：为了架设时进行标准丝标记点与索鞍IP点的对位，厂内加工主索鞍时需要在设计位置对主索鞍IP点进行标记。鞍座厂内标记如图7所示(图7塔顶鞍座厂内标记图)。

(7)索鞍安装：塔顶门架施工完成后，将主索鞍各个构件分次吊装至桥塔顶部并在设计位置进行安装。

(8)索股长度变化值：由于桥塔施工过程中存在的桥塔施工偏差，索鞍位置偏差，以及索股的实际的弹性模量和膨胀系数与设计的偏差，使得实际的鞍座IP点与理论值存在定的偏差，因此在基准索按标记点架设前需通过锚塔联测，以得到索股长度变化值。

(9)鞍座索股对位点修正：上述误差因素引起的索股长度变化对于每根索股的影响大致相同，因此可以将索股长度变化转为主索鞍标记点修正，对索鞍处索股对位点进行修正并进行标记。例如依据测量，需要将索股中塔顶鞍座处对位点往边跨移动时，对该对位点的修正如图8所示(图8塔顶鞍座对位点位置修正示意图)。

(10)索股对位架设：索鞍处索股对位点进行修正之后，依据修正过的位置进行基准索股的架设，如图9所示(图9索股对位架设示意图)将基准索股的标记点与修正的索股对位点对位架设。

有益效果：采用本发明制造的主缆索股，其制造精度大大提高，在主缆架设时将基准索股放入主缆鞍座后，其标记点与主缆IP点重合，无需进行主缆垂度的调整。为悬索桥主缆的架设节省了工期，特别是在气候条件恶劣的环境下，能够节省数十天至数月的架设工期，简化了架设方法。

本发明已经成功运用于赤水河大桥的主缆制造和架设中，该桥当基准索股安装到位后，m3(贵州侧塔顶鞍座)和m4(四川侧塔顶鞍座)四个标记点位置如(图10)所示。由图10可见，两岸上下游主缆基准索股，在塔顶鞍座处的标记位置(蓝红着色丝的分界限)刚好位于鞍座标记位置(隔板接头处)。说明基准索股的架设线形与设计线形精度相符合，无需进行垂度调整。基于多标准丝的悬索桥主缆索股标记对位架设法大大提高了主缆索股的制造精度，节省了调索工作量，为桥梁施工缩短工期。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。